論文の概要: Complexity of quantum tomography from genuine non-Gaussian entanglement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.01609v2
• Date: Mon, 26 May 2025 23:15:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-28 14:37:18.773577
• Title: Complexity of quantum tomography from genuine non-Gaussian entanglement
• Title（参考訳）: 真非ガウスエンタングルメントからの量子トモグラフィーの複雑さ
• Authors: Xiaobin Zhao, Pengcheng Liao, Francesco Anna Mele, Ulysse Chabaud, Quntao Zhuang,
• Abstract要約: 量子状態トモグラフィー(quantum state tomography)は、通常、システムサイズと指数関数的にスケールする多くの状態コピーを必要とする。 ボソニック系では、相関の性質が実際にこのスケーリングを完全に決定していることが示される。 香港・ウー・マンデル効果とボソン・サンプリングにより、分離可能なボソニックモード間の一般化された干渉によって生成されるガウス・アンタングルブル状態(GE)を定義する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.34952465649465553
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Quantum state tomography, a fundamental tool for quantum physics, usually requires a number of state copies that scale exponentially with the system size, owing to the intricate quantum correlations between subsystems. We show that, in bosonic systems, the nature of correlations indeed fully determines this scaling. Motivated by the Hong-Ou-Mandel effect and Boson-sampling, we define Gaussian-entanglable (GE) states, produced by generalized interference between separable bosonic modes. GE states greatly extend the Gaussian family, encompassing arbitrary separable states, multi-mode Gottesman-Kitaev-Preskill codes, entangled cat states, and Boson-sampling outputs -- resources for error correction and quantum advantage. Nonetheless, we prove that an m-mode pure GE state is learnable with only poly(m) copies, by providing an explicit protocol involving only heterodyne detection and classical post-processing. For states outside GE, we introduce an operational monotone -- the minimum number of ancillary modes required to render them GE -- and prove that it exactly captures the exponential overhead in tomography. As a by-product, we show that deterministic generation of NOON states with N>=3 photons by two-mode interference is impossible.
• Abstract（参考訳）: 量子状態トモグラフィー(Quantum state tomography)は、通常、サブシステム間の複雑な量子相関のため、システムサイズと指数関数的にスケールする多くの状態コピーを必要とする。 ボソニック系では、相関の性質が実際にこのスケーリングを完全に決定していることが示される。 香港・ウー・マンデル効果とボソン・サンプリングにより、分離可能なボソニックモード間の一般化された干渉によって生成されるガウス・アンタングルブル状態(GE)を定義する。 GE状態は、任意の分離可能な状態、複数モードのGottesman-Kitaev-Preskill符号、絡み合った猫状態、Boson-sampling出力を含むガウス系を大幅に拡張する。 いずれにせよ、mモードの純粋なGE状態は、ヘテロダイン検出と古典的な後処理のみを含む明示的なプロトコルを提供することで、ポリ(m)コピーでのみ学習可能であることを証明している。 GE以外の州では、GEをレンダリングするのに必要となるアシラリーモードの最小数であるオペレーショナルモノトンを導入し、トモグラフィーの指数的オーバーヘッドを正確に捉えることを証明します。 副生成物として、2モード干渉によるN>=3光子のNOON状態の決定論的生成は不可能であることを示す。

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